Indukcja elektryczna

Zapamiętaj

Indukcja elektryczna \(\vec{D}\) jest wielkością wektorową używaną do opisu pola elektrycznego, szczególnie w obecności dielektryków.

Dla liniowego i izotropowego dielektryka:

\(\vec{D}=\varepsilon\vec{E}\)

Ogólnie:

\(\vec{D}=\varepsilon_0\vec{E}+\vec{P}\)

Jednostką indukcji elektrycznej jest \(\frac{\text{C}}{\text{m}^2}\).

Indukcja elektryczna, nazywana również przesunięciem elektrycznym, jest wielkością wektorową używaną do opisu pola elektrycznego, szczególnie w obecności dielektryków. Oznaczamy ją symbolem \(\vec{D}\).

Dla liniowego i izotropowego dielektryka zachodzi zależność:

\(\vec{D}=\varepsilon\vec{E}\)

gdzie:

\(\vec{D}\) - indukcja elektryczna,
\(\vec{E}\) - natężenie pola elektrycznego,
\(\varepsilon\) – przenikalność elektryczna ośrodka.

W liniowym i izotropowym ośrodku wektory \(\vec{D}\) i \(\vec{E}\) mają ten sam kierunek i zwrot, a ich wartości są związane zależnością \(\vec{D}=\varepsilon\vec{E}\).

Po co wprowadzać ten dodatkowy wektor? Gdy umieścimy dielektryk w polu elektrycznym, w skali mikroskopowej następuje pewne przemieszczenie ładunków elektrycznych cząsteczek składowych dielektryka tak, że ulega on pewnej polaryzacji (choć jako całość jest nadal obojętny), opisanej wektorem polaryzacji \(\vec{P}\). Ta polaryzacja zostaje uwzględniona przy określaniu właśnie indukcji elektrycznej.

\(\vec{D}=\varepsilon_0\vec{E}+\vec{P}\)

Wektor indukcji elektrycznej jest związany z ładunkami swobodnymi, wektor polaryzacji z ładunkami indukowanymi, a wektor natężenia ze wszystkimi łącznie.

Zaletą stosowania wektora \(\vec{D}\) jest to, że w prawie Gaussa jego strumień przez powierzchnię zamkniętą zależy od ładunku swobodnego znajdującego się wewnątrz tej powierzchni. Wpływ polaryzacji dielektryka jest uwzględniony w definicji wektora \(\vec{D}\).

Jednostką indukcji elektrycznej w układzie SI jest kulomb na metr kwadratowy: \(\frac{\text{C}}{\text{m}^2}\)

Ponieważ \(1\ \text{C}=1\ \text{A}\cdot\text{s}\), równoważnie można zapisać \(\text{A}\cdot\text{s}/\text{m}^2\).

Ciekawostki

Wektor indukcji elektrycznej jest jednym z czterech wektorów, które występują w słynnych równaniach Maxwella.

Dodatkowe materiały edukacyjne

Symulacja pokazuje, co dzieje się z natężeniem pola E, polaryzacją P i indukcją elektryczną D, gdy między okładki naładowanego kondensatora wsuwamy dielektryk — dzięki temu widać, że są to trzy różne wielkości i dlaczego w ogóle wprowadza się wektor D.

Symulacja